KR101533153B1 - 인체 부착형 인체 통신용 중계기 안테나 - Google Patents

Abstract

인체 부착형 인체 통신용 중계기 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 상기 제1 유전체 기판 하부에 형성되는 중앙 접지면; 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및 상기 제2 유전체 기판 하부에 결합되는 하부 방사체를 포함하되, 상기 하부 방사체는, 급전 선로, 하부 패치 및 상기 급전 선로와 하부 패치와 소정거리 이격되어 동일 평면에 형성되는 하부 접지면을 포함하고, 상기 하부 패치와 상기 하부 접지면은 인덕터에 의해 전기적으로 연결된다. 개시된 안테나에 의하면, 이식형 기기의 안테나가 가지는 낮은 방사 효율을 극복할 수 있으며, 제1 대역에서 인체 내부 지향성을 가지고 제2 대역에서 인체 외부 지향성을 가질 수 있는 장점이 있다.

Description

인체 부착형 인체 통신용 중계기 안테나{Relay Antenna Attached to Human Body for Human Body Communication}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체 부착형 인체 통신용 중계기 안테나에 관한 것이다.

무선 통신 기술이 발달함에 따라 초소형, 저전력 통신이 가능하게 되었고, 이러한 기술은 인체 내의 송신기와 외부의 수신기를 통해 체내 정보를 무선으로 송수신하는 의료용 기기에 활용 가능하게 하였다.

이로 인해, 무선 인체 근접 네트워크와 함께 모니터링, 진단, 치료를 위한 의료용 이식 기기의 연구가 활발히 진행되고 있다.

의료용 이식형 기기는 MedRadio 대역의 25uW ERP 제한 규정으로 인하여 매우 낮은 출력 전력 레벨을 가져야 하고, 또한 유전율과 도전율이 높은 인체가 안테나를 감싸고 있기 때문에 안테나의 입력 임피던스와 공진 주파수를 변화시킬뿐만 아니라 방사 효율이 열하되어 신뢰 가능한 전송 거리가 매우 짧다는 문제가 있다.

따라서, 이식형 기기로부터의 신호를 외부 기기로 직접 전송하는 데에는 많은 문제점이 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 인체에 착용되는 착용형 중계 시스템이 필요하다.

또한, 본 발명은 이식형 기기의 안테나가 가지는 낮은 방사 효율을 극복할 수 있는 인체 통신용 중계기 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명은 제1 대역에서 인체 내부 지향성을 가지고 제2 대역에서 인체 외부 지향성을 가지는 인체 통신용 중계기 안테나를 제안한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 안테나에 따르면, 제1 유전체 기판; 상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 상부 패치; 상기 제1 유전체 기판 하부에 형성되는 중앙 접지면; 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및 상기 제2 유전체 기판 하부에 결합되는 하부 방사체를 포함하되, 상기 하부 방사체는, 급전 선로, 하부 패치 및 상기 급전 선로와 하부 패치와 소정거리 이격되어 동일 평면에 형성되는 하부 접지면을 포함하고, 상기 하부 패치와 상기 하부 접지면은 인덕터에 의해 전기적으로 연결되는 인체 통신용 중계기 안테나가 제공된다.

상기 중앙 접지면에는 슬롯이 형성된다.

상기 슬롯은 상기 급전 선로와 오버랩되는 위치에 형성된다.

상기 중앙 접지면과 상기 하부 접지면은 커넥터에 의해 전기적으로 연결된다.

본 발명의 안테나에 따르면, 이식형 기기의 안테나가 가지는 낮은 방사 효율을 극복할 수 있으며, 제1 대역에서 인체 내부 지향성을 가지고 제2 대역에서 인체 외부 지향성을 가질 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나의 단면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시에에 따른 상부 패치의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 접지면의 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 방사체의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나의 반사 손실을 도시한 그래프.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나의 단면도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나는 제1 기판(100), 제2 기판(102), 상부 패치(110), 중앙 접지면(120) 및 하부 방사체(130)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나는 인체에 부착되어 인체 내부의 이식형 기기로부터 전송되는 신호를 수신하고 이식형 기기에서 수신된 신호를 모니터링 장치로 전송하는 기능을 한다.

본 발명의 중계기 안테나는 제2 주파수 대역으로 전송되는 이식형 장비로부터의 신호를 수신하여 신호 처리를 수행한 후(예를 들어, 증폭) 제1 주파수 대역으로 모니터링 장비에 신호를 전송한다.

여기서, 모니터링 장비는 이식형 기기로부터 송신된 신호를 분석할 수 있는 장비이다. 모니터링 장비는 인체와 이격되어 위치할 수도 있으며, 필요에 따라 인체에 부착될 수도 있다. 본 발명의 안테나는 인체와 이격되어 위치하는 모니터링 장비에 신호를 중계할 때 보다 효율적으로 동작할 수 있는 안테나이다.

제1 기판(100)은 미리 설정된 유전율을 가지는 유전체로 이루어지며, 제1 기판(100)의 상부에는 상부 패치(110)가 결합된다. 제1 기판(100)의 유전율은 요구되는 방사 특성 및 사용 주파수에 의해 결정될 수 있다. 일례로, FR-4 유전체로 이루어진 기판이 제1 기판(100)으로 사용될 수 있다.

상부 패치(110)는 제1 주파수 대역의 신호를 방사하는 기능을 하며, 일례로 직사각형의 형태를 가질 수 있다. 상부 패치(110)는 송신용 방사체이며, 모니터링 장비로 신호를 송신한다.

일례로, 상부 패치(110)는 ISM 대역(2.4 ~ 2.485GHz)으로 모니터링 장비에 신호를 전송할 수 있다.

물론, 상부 패치(110)는 모니터링 장비(110)로부터 신호를 수신하여 인체 내부의 이식형 기기에 신호를 전송하는 기능을 수행할 수도 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시에에 따른 상부 패치의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 패치(100)는 직사각형의 구조를 가지는 일반적인 패치 방사체일 수 있다. 상부 패치(100)의 크기 및 형태는 요구되는 주파수와 대역폭에 따라 변경될 수 있을 것이다.

제1 기판(110)의 하부에는 중앙 접지면(120)이 형성된다. 중앙 접지면은 제1 기판(110)의 하부 전 영역에 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 접지면의 구조를 도시한 도면이다.

중앙 접지면(120)의 소정 영역에는 슬롯(200)이 형성된다. 슬롯(200)은 후술하는 하부 패치에서 급전 선로(300)와 오버랩되는 영역에 형성되는 것이 바람직하다. 중앙 접지면(120)은 접지 전위를 제공하며, 상부 패치(110)와 하부 패치(130) 사이의 아이솔레이션을 제공하는 기능을 수행할 수 있다.

제2 기판(130)은 제1 기판(110)의 하부에 결합된다. 제1 기판(100)의 하부에 제2 기판(102)이 결합되므로, 제2 기판(130)의 상부에는 중앙 접지면(120)이 결합된다. 제2 기판(102)의 하부에는 하부 방사체(130)가 형성된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 방사체의 구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 하부 방사체(130)는 하부 패치(132), 하부 접지면(134) 및 급전 선로(136)를 포함한다.

하부 접지면(134)은 하부 패치(132) 및 급전 선로(136)와 소정 거리 이격되어 하부 패치(132) 및 급전 선로(136)를 둘러싸는 구조로 형성된다.

하부 접지면(134)과 중앙 접지면(120)은 커넥터를 이용하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 물론, 제2 기판(102)에 비아를 형성하여 하부 접지면(134)과 중앙 접지면(120)을 전기적으로 연결할 수도 있을 것이다.

급전 선로(136)는 하부 패치(132)에 급전 신호를 제공한다. 도 4를 참조하면, 급전 선로(136)는 양 측에 접지가 소정거리 이격되어 존재하는 CPW 급전 선로의 형태를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

하부 패치(132)는 하부 패치(132)를 둘러싸는 하부 접지면(134)과 인덕터(140)를 통해 연결된다. 예를 들어, 하부 패치(132)와 하부 접지면(134)은 33nH의 칩 인덕터를 통해 하부 접지면(134)과 연결될 수 있을 것이다.

이러한 구조의 하부 방사체(130)는 0차 공진으로 동작하는 방사체이다. 하부 패치(132)와 하부 접지면(134) 사이의 간격은 커패시턴스 및 인덕턴스로 모델링 가능하며, 이 두가지 파라미터에 의해 공진 주파수가 결정된다.

따라서, 하부 접지면(134)과 하부 패치(132) 사이의 칩 인덕터의 인덕턴스를 적절히 선택하는 것에 의해 0차 공진 주파수를 조절하는 것이 가능하다. 또한, 하부 접지면(134)과 하부 패치(132) 사이의 간격 조절에 의해서도 0차 공진 주파수를 조절하는 것이 가능하다.

하부 패치(132)를 포함하는 하부 방사체(130)는 인체에 착용될 때 인체에 근접하게 착용되며, 0차 공진을 통해 인체에 이식된 이식형 기기로부터 전달되는 신호를 수신한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, MICS 대역의 신호를 인체에 이식된 이식형 기기로부터 수신할 수 있다.

한편, 상부 패치(110)는 하부 방사체(130)에 형성된 급전 선로(136)로로부터 커플링에 의해 급전을 받는다.

중앙 접지면(120)의 슬롯(300)은 커플링 신호를 급전 선로(136)로로부터 상부 패치(110)에 제공하는 통로로서의 기능을 수행한다.

하부 방사체(130)에 의해 수신된 신호는 별도의 신호 처리 모듈(미도시)의 변환 절차를 거쳐 상부 패치(110)를 통해 외부의 모니터링 장치에 전송된다. 전술한 바와 같이, ISM 대역으로 외부 모니터링 장치에 신호를 전송할 수 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나의 반사 손실을 도시한 그래프이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 MICS 대역 및 ISM 대역에서 공진점을 형성하는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (4)

1. 제1 유전체 기판;
   상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 상부 패치;
   상기 제1 유전체 기판 하부에 형성되는 중앙 접지면;
   상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및
   상기 제2 유전체 기판 하부에 결합되는 하부 방사체를 포함하되,
   상기 하부 방사체는, 급전 선로, 하부 패치 및 상기 급전 선로와 하부 패치와 소정거리 이격되어 동일 평면에 형성되는 하부 접지면을 포함하고,
   상기 하부 패치와 상기 하부 접지면은 인덕터에 의해 전기적으로 연결되며,
   상기 중앙 접지면과 상기 하부 접지면은 커넥터에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계기 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 중앙 접지면에는 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계기 안테나.
3. 제2항에 있어서,
   상기 슬롯은 상기 급전 선로와 오버랩되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계기 안테나.
4. 삭제

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